JPH07757B2 - カーボンブラックの製造方法 - Google Patents

カーボンブラックの製造方法

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JPH07757B2
JPH07757B2 JP1275698A JP27569889A JPH07757B2 JP H07757 B2 JPH07757 B2 JP H07757B2 JP 1275698 A JP1275698 A JP 1275698A JP 27569889 A JP27569889 A JP 27569889A JP H07757 B2 JPH07757 B2 JP H07757B2
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09CTREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/44Carbon
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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ゴム成分に高度の補強性能を付与することが
できる増大した一次ストラクチャーと高着色力を兼備し
たカーボンブラックを高い収率で製造する方法に関す
る。
〔従来の技術〕
近年、自動車の高性能化に伴ってタイヤ性能の高度化が
強く要望されている。このため、タイヤゴム用のカーボ
ンブラックに対する補強性の改善要求もますます厳しく
なってきている。
ゴム成分に補強性能を付与するために著効のあるカーボ
ンブラックの主要な特性として、同一比表面積当たりの
発達した一次ストラクチャーと高い着色力が挙げられ
る。このうち、一次ストラクチャーは圧縮DBP吸油量(A
STM 24M4DBP)により評価される非破壊性の凝集構造(A
ggregate)を指すものである。
従来、ストラクチャーの増大制御化を目的としたカーボ
ンブラックの製造に関しては種々の方法が提案されてお
り、例えば、単頭型円筒炉の狭径反応帯域に主原料油と
補助原料油を二段に分割導入する方法、あるいは炉頭部
から狭径反応部に挿入した原料油噴射ノズルを伸縮させ
て原料挿入位置を可変する方法などが知られている。し
かし、これらの方法による場合には一次ストラクチャー
の分布がブロード化するうえに、着色力の大幅な減退を
余儀なくさせる結果を招き、高度の一次ストラクチャー
ならびに着色力の両立を図ることは困難である。
一次ストラクチャーを効果的に増大させるための手段と
しては、本出願人によって開発された特公昭62−10581
号公報、同62−20227号公報に記載されたカーボンブラ
ック製造方法および装置がある。これらの方法および装
置は、別系統で発生した複数のカーボンブラック中間生
成ガス流を主反応ゾーンに同時に高速導入し直進状態で
相互衝突させることを主要構成とするもので、一次スト
ラクチャーが原料油の熱分解と縮重合を経て生じる高粘
度の微小油滴粒子(カーボンブラックの前驅体となる中
間生成物)を相互に衝突接触させて融着凝集化したのち
次段の炭化段階を介して一体的凝集形態に転化させる機
構を工業的プロセスとして具体化した技術である。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、前記の先行技術(特公昭62−10581号公報、
同62−20227号公報の発明)は通常の単頭型反応炉を用
いる方法に比べて一次ストラクチャーの大幅な増大は達
成され、また着色力の低下度合も軽減されるものの、高
度の一次ストラクチャーと着色力を両立させる課題に対
しては不足面がある。そのうえ、製造収率も十分でない
問題点がある。
本発明は、これら先行技術の改良を図り高度の一次スト
ラクチャーと着色力とを兼備するカーボンブラックを収
率よく製造するための方法を提供することを目的とする
ものである。
〔課題を解決するための手段〕
上記の目的を達成するための本発明によるカーボンブラ
ックの製造方法は、2系列で発生したカーボンブラック
中間生成ガス流を主反応ゾーンに同時に高速導入して相
互衝突させるカーボンブラックの生成機構において、前
記カーボンブラック中間生成ガス流をそれぞれ逆方向の
旋回流として主反応ゾーンの任意狭径間区域に高速導入
し、前記任意狭径間区域のカーボンブラック中間生成ガ
ス流が相互衝突する交点の後方位置に半径方向から原料
油の一部を2次原料油として分割導入することを構成上
の特徴とする。
本発明で対象となるカーボンブラック中間生成ガス流と
は、原料油が熱分解と脱水素重縮合を経て高粘度の油滴
微粒核に転化した状態で反応ガス中に浮遊するガス流の
形態をいう。この形態は次段の主反応ゾーンにおける炭
化段階を介してカーボンブラック形成に至る前駆体で、
相互衝突直後に導入される2次原料油との相互作用によ
り収率よく高度の一次ストラクチャーと着色力を兼備さ
せるものである。
次に本発明の構成を実施に用いる装置図に基づいて詳細
に説明する。
図は耐火材および鋼製外殻により構築されたカーボンブ
ラック製造装置を示す縦断平面図で、AおよびBは発生
部、1は下流域にクエンチ用スプレーノズル2を設けた
円筒状の主反応ゾーンである。発生部A、Bは、頭部に
ウインドボックス3、軸方向に燃焼バーナー4および原
料油噴射バーナー5を備える燃焼室6とこれに引き続く
小径直管状の熱分解導管7とから構成された独立の発生
機構を有しており、炉頭部に2系列として設置されてい
る。各発生部の熱分解導管7は主反応ゾーン1の入口部
分に一定の角度で収斂会合して一体に結合した構造とな
っている。
本発明の方法は上記構造の装置を用い、まず発生部A、
Bで原料油を高温燃焼ガスにより熱分解してカーボンブ
ラック中間生成ガスを含む反応ガスに転化する。この
際、発生部AとBとで生成するカーボンブラック中間生
成流に逆方向の旋回(図中、矢印参照)を与えることが
本発明の重要な要件となる。このような逆方向の旋回形
成は、ウインドボックス3に接線方向空気導入ダクト8
に連結する旋回ブレード機構9を設置することによりお
こなうことができる。
2系列で発生した各カーボンブラック中間生成ガスの旋
回流は、熱分解導管7を通過する過程で加速され、同時
に主反応ゾーン1に高速導入される。カーボンブラック
中間生成物を構成する高粘度の油滴微粒核は、この時点
で急激かつ連続的に逆旋回状態で衝突撹乱し、一次スト
ラクチャーの形成と着色力の増大化を効率的に促進す
る。この際、各熱分解導管7の中心軸とその交点Pとに
より形成される角度を調整して、カーボンブラック中間
生成ガス流を交角25〜45゜で相互衝突させると効果が向
上する。この理由は、交角が25゜より狭くなるとガス流
の衝突頻度および撹乱度が低下して一次ストラクチャー
の増大幅が僅少となり、他方、45゜を越す広角では炉軸
方向へのガス流が不均一化する関係でカーボンブラック
生成反応の均等化が阻害され、着色力、生成収率などの
低下減少を招くからである。
さらに一層の一次ストラクチャーと着色力の同時増大化
を図るため、カーボンブラック中間生成ガス流を主反応
ゾーンの任意狭径間区域に高速導入し、前記任意狭径間
区域のカーボンブラック中間生成ガス流が相互衝突する
交点の後方位置に半径方向から原料油の一部を2次原料
油として分割導入する。任意狭径間区域は、図示のよう
に熱分解導管7が収斂会合する位置(交点P)の下流側
に任意の絞り比をもつリング部材からなる狭間絞り機構
10を介設することにより形成することができ、2次原料
油の導入は前記狭間絞り機構10と交点Pとの間に炉壁を
貫通する状態で設置された1個または複数個の導入管11
を介しておこなわれる。この際の2次原料油の導入は、
各系列における燃焼率と2次原料油導入後の全燃焼率と
の差が2.0〜10.0%の範囲になる量に調整することが望
ましい。これは、前記の燃焼率差が2.0%未満では2次
原料油導入による一次ストラクチャーの向上効果が上が
らず、また差が10.0%を越す量になると反応域の雰囲気
温度の低下が大きくなって着色力の後退が増大するため
である。上記の条件を満たすことによって、本発明が目
的とするゴム成分に高度の補強性能を付与するために必
要な高一次ストラクチャーと高着色力とを兼備したカー
ボンブラックを高収率により製造することが可能とな
る。
〔作 用〕
本発明によれば、2系列で発生したそれぞれ逆旋回のカ
ーボンブラック中間生成ガス流が各熱分解導管を通過す
る過程で加速され、同時に主反応ゾーンに高速導入す
る。カーボンブラック中間生成物を構成する高粘度の油
滴微粒核はこの時点で急速かつ連続的に逆方向の旋回流
として相互衝突を起こし、高濃度の環境下で頗る高い撹
乱度を持った反応域を形成する。この特異なカーボンブ
ラック中間生成ガス流の撹乱衝突作用を介して一次スト
ラクチャーと着色力が増大したカーボンブラックが反応
性よく生成する。
このような生成機構は、カーボンブラック中間生成ガス
流を主反応ゾーンの任意狭径間区域に高速導入するとと
もに、該区画内で交点Pの後方位置に2次原料油を分割
導入し、さらに2次原料油の導入を各系列における燃焼
率と2次原料油導入後の全燃焼率との差が2.0〜10.0%
の範囲になる量に調整する条件を与えるとカーボンブラ
ック中間生成ガス流同士の融着、凝集化は一層促進さ
れ、同時に生成反応の均一化および効率化が進んで、高
収率に高一次ストラクチャー、高着色力を備えるカーボ
ンブラックを製造することが可能となる。
〔実施例〕
後部にクエンチ用スプレーノズル2を有する内径200m
m、長さ3000mmの広径部位12を連設した内径120mm、交点
Pからの長さ600mmの主反応ゾーン1の前面に、頭部に
接線方向空気導入ダクト8と旋回ブレード機構9を内蔵
したウインドボックス3を介して燃焼バーナー4および
原料油噴射バーナー5を同軸的に装着した内径300mm、
長さ600mm(内、テーバー部200mm)の燃焼室6と内径80
mm、交点Pまでの長さ600mmの熱分解導管7を備える2
系列の発生部A,Bを収斂集合させて結合設置した。主反
応ゾーン1には交点Pの300mm下流側に開口径80mmにな
るようなリング状の狭間絞り機構10を介設して任意狭間
区域を形成し、交点Pから50mm下流位置に炉軸と直角方
向に貫通する2次原料油の導入管11を対角的に2個設置
した。
上記構造の装置により、表1に示した性状の原料油を用
いてカーボンブラックを製造した。
表2に、適用した製造条件と製造されたカーボンブラッ
クの諸特性を対比して示した。
なお、表2において、空気予熱温度は燃焼空気の温度、
ガス滞留時間はカーボンブラック含有ガスの交点Pから
冷却点までの時間で示した。また燃料油燃焼率は下記
(1)式、燃焼率は下記(2)式、全燃焼率は下記
(3)式によりそれぞれ求めた〔これら式においてLoは
理論空気量(Nm3/Kg)〕。
表2の結果から、実施例3、4、7により製造されたカ
ーボンブラックは、カーボンブラック中間生成ガス流を
同方向旋回とした比較例1、および2次原料油を導入し
ない比較例2に比べて収率が高く、一次ストラクチャー
(24M4DBP)および着色力も相対的に向上していること
が認められる。
〔発明の効果〕
以上のとおり、本発明によれば配合ゴムの補強性能を向
上するために有効な一次ストラクチャーと着色力を高レ
ベルに兼備するカーボンブラックを高収率で製造するこ
とができる。
したがって、自動車タイヤを対象としたゴム配合用とし
て有用である。
【図面の簡単な説明】
図は本発明に適用するためのカーボンブラック製造装置
を例示した縦断平面図である。 1……主反応ゾーン 2……クエンチ用スプレーノズル 3……ウインドボックス 4……燃焼バーナー 5……原料油噴射バーナー 6……燃焼室 7……熱分解導管 8……接線方向空気導入ダクト 9……旋回ブレード機構 10……狭間絞り機構 11……2次原料油の導入管 12……広径部位 A,B……発生部 P……交点

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】2系列で発生したカーボンブラック中間生
    成ガス流を主反応ゾーンに同時に高速導入して相互衝突
    させるカーボンブラックの生成機構において、前記カー
    ボンブラック中間生成ガス流をそれぞれ逆方向の旋回流
    として主反応ゾーンの任意狭径間区域に高速導入し、前
    記任意狭径間区域のカーボンブラック中間生成ガス流が
    相互衝突する交点の後方位置に半径方向から原料油の一
    部を2次原料油として分割導入することを特徴とするカ
    ーボンブラックの製造方法。
  2. 【請求項2】カーボンブラック中間生成ガス流を、交角
    25〜45゜で相互衝突させる請求項1記載のカーボンブラ
    ックの製造方法。
  3. 【請求項3】2次原料油を、各系列における燃焼率
    (%)と2次原料油導入後の全燃焼率との差が2.0〜10.
    0%の範囲で導入する請求項1記載のカーボンブラック
    の製造方法。
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